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第1章 引论1

1.1 计算机控制系统的基本概念1

1.1.1 计算机控制系统1

1.1.2 控制系统的分类1

1.1.3 计算机控制系统的分类7

1.1.4 计算机控制系统实现中的实际问题11

1.2 计算机控制系统的研究内容和对系统的基本要求15

1.2.1 计算机控制系统的研究内容15

1.3 历史回顾16

1.2.2 对计算机控制系统的基本要求16

1.4 计算机集成制造系统20

习题21

第2章 连续控制系统22

2.1 引言22

2.1.1 单输入单输出控制系统22

2.1.2 常用输入信号23

2.2 拉普拉斯变换28

2.2.1 拉普拉斯变换的定义28

2.2.2 拉普拉斯变换定理30

2.2.3 拉普拉斯反变换36

2.2.4 用拉普拉斯变换法解线性常系数微分方程45

2.3 物理系统的数学模型46

2.3.1 线性元件的微分方程47

2.3.2 随动系统的微分方程51

2.4 传递函数和方框图53

2.4.1 传递函数和微分方程53

2.4.2 电子网络的传递函数54

2.4.3 简单方框图的传递函数55

2.4.4 方框图简化59

2.5.1 信号流图定义64

2.5 传递函数和信号流图64

2.5.2 梅逊增益公式65

2.6 控制系统的时域分析69

2.6.1 冲击响应和阶跃响应69

2.6.2 时域性能指标70

2.6.3 一阶系统的动态响应72

2.6.4 二阶系统的动态响应74

2.6.5 高阶系统分析83

2.6.6 稳态误差分析85

2.6.7 用MATLAB绘制单位阶跃响应和冲击响应曲线91

2.6.8 稳定性分析94

2.7 根轨迹101

2.7.1 根轨迹法101

2.7.2 根轨迹图的绘制103

2.7.3 用MATLAB绘制根轨迹图106

2.8 频率响应的概念111

2.8.1 频率响应法112

2.8.2 频率特性的图形表示114

2.8.3 典型环节的频率特性116

2.8.4 频域性能指标122

2.8.5 开环传递函数的频率特性124

2.8.6 时域和频域响应之间的关系132

2.8.7 用MATLAB进行频域分析134

2.9 复合控制系统141

2.9.1 对输入前馈补偿的复合控制系统141

2.9.2 对扰动前馈补偿的复合控制系统142

2.10 控制系统设计143

2.10.1 校正装置的结构143

2.10.2 校正装置的特性144

2.10.3 根轨迹校正151

2.10.4 频率校正156

习题164

第3章 离散时间系统170

3.1 引言170

3.2 差分方程173

3.3 采样定理174

3.3.1 采样过程及采样信号的频谱174

3.3.2 香农采样定理178

3.3.3 零阶保持器178

3.4.1 z变换定义181

3.4 z变换181

3.4.2 z变换定理182

3.4.3 z反变换187

3.4.4 用z变换求解差分方程190

3.5 离散系统的传递函数和方框图191

3.5.1 离散传递函数与差分方程191

3.5.2 开环Z传递函数194

3.5.3 闭环Z传递函数197

3.5.4 离散系统的稳态误差205

3.6.1 离散系统的极点与零点207

3.6 离散系统的极点、零点和稳定性207

3.6.2 S平面到Z平面的映射208

3.6.3 离散系统的稳定性209

3.6.4 双线性变换212

3.6.5 劳斯稳定性判据213

3.6.6 朱利稳定性判据215

3.7 离散系统的根轨迹219

3.7.1 根轨迹图219

3.7.2 Z平面上的等阻尼比线221

3.8 离散系统的频率响应222

3.8.1 对数频率特性223

3.8.2 极坐标频率特性224

3.8.3 用MATLAB绘制离散系统的频率特性曲线226

习题231

第4章 数字滤波器的基本原理与设计233

4.1 引言233

4.2 数字滤波器原理233

4.3 模拟滤波器235

4.3.1 巴特沃斯滤波器236

4.3.3 ITAE和贝塞尔滤波器238

4.3.2 二项式滤波器238

4.3.4 其它类型的模拟滤波器239

4.4 IIR数字滤波器的设计240

4.4.1 冲击不变性方法240

4.4.2 阶跃不变性方法241

4.4.3 极零点匹配法242

4.4.4 双线性变换法243

习题246

5.1.1 计算机控制系统连续化设计方法247

5.1 引言247

第5章 计算机控制系统设计247

5.1.2 计算机控制系统离散化设计方法251

5.2 有限拍控制252

5.2.1 有限拍控制系统设计252

5.2.2 有限拍无纹波控制系统264

5.2.3 有限拍设计的改进266

5.3 根轨迹法269

5.4 双线性变换法272

5.5 参数优化法276

5.6 带纯滞后被控对象的控制系统设计276

5.6.1 大林算法277

5.6.2 史密斯预报器282

习题284

第6章 PID控制286

6.1 引言286

6.2 模拟和数字PID算法289

6.2.1 模拟PID算法289

6.2.2 数字PID算法290

6.3.1 积分分离PID控制算法293

6.3.2 不完全微分PID控制算法293

6.3 数字PID的改进算法293

6.3.3 带死区的PID控制算法296

6.4 模拟和数字PID参数整定297

6.4.1 模拟PID参数整定297

6.4.2 数字PID参数整定303

6.4.3 PID控制的自整定方法305

6.5 模拟和数字PDF与PDFF算法305

6.5.1 PDF算法305

6.5.2 PDFF算法306

6.5.3 PID，PDF和PDFF控制系统309

6.6.1 用标准滤波器进行参数整定313

6.6 PDF和PDFF参数整定313

6.6.2 被控对象为单积分314

6.6.3 被控对象为双积分316

习题317

第7章 可编程序控制器318

7.1 引言318

7.2 可编程序控制器的组成和工作原理319

7.2.1 可编程序控制器的组成319

7.3.1 可编程序控制器的编程语言320

7.3 可编程序控制器的编程方式320

7.2.2 可编程序控制器的工作原理320

7.3.2 可编程序控制器的指令及编程方法322

7.4 可编程序控制器通信与网络功能333

7.4.1 可编程序控制器与计算机构成控制系统333

7.4.2 可编程序控制器网络333

7.4.3 制造自动化协议334

习题334

附录 部分习题参考答案336

参考文献341